基于移动数据库技术的气象信息服务系统

摘要：本文概述了移动数据库技术的基本概念和系统的体系结构。分析了气象信息服务的现状，提出基于移动数据库技术构建的气象信息服务系统的体系结构和实现的关键技术。  关键词：移动数据库 气象信息服务 气象信息服务系统 引言近几年来，在移动技术的推动下，数据库技术逐步走向新的方向，即数据库技术和移动计算技术的融合——移动数据库技术。它将传统的数据库技术应用到移动计算环境中，借助于移动终端设备及无线通信设备，使得数据库系统的应用脱离了地理位置等条件的限制，而变得更为灵活。目前，移动数据库技术已经广泛应用于、运输等领域，并且为这些领域的发展发挥了巨大的作用。如果将移动数据库技术应用到气象领域，采用移动数据库技术开发新型的气象信息服务系统，将有效的扩展气象业务的使用空间，提高气象信息服务水平。本文主要对移动数据库技术在气象信息服务中的应用进行探讨。1移动数据库技术概述1.1移动计算与移动数据库移动计算技术是技术和无线通讯技术相结合而形成一种新型的技术。在移动计算环境下，计算机或其他信息设备之间传输数据，可以不借助固定的物理连接设备。它的作用在于，将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用，分担中央信息系统的计算压力，使有用、准确、及时的信息能提供给在任何时间、任何地点需要它的任何用户^[1]。移动数据库是将传统的分布式数据库应用到移动计算环境中，它的数据在地理上分散而在逻辑上集中。通常移动数据库系统嵌入在掌上电脑、PDA、车载设备等移动终端设备中。用户可以借助这些移动终端设备与节点服务器连接，实现数据处理、查询、接受等功能。移动数据库包括两层含义：一方面用户在移动的过程中可以联机访问数据库资源；另一方面用户可以带着数据库的副本移动^[2]。1.2移动数据库系统的体系结构移动数据库系统是传统的分布式数据库系统的扩展，但是与传统的分布式数据库系统相比，移动数据库系统具有移动性及位置的相关性、频繁的断接性、网络条件的多样性、网络通讯非对称性和资源的有限性等特点^[3]。因此它的体系结构比传统的分布式数据库系统的体系结构更为复杂。为了支持移动客户端的移动接入，移动数据库系统体系结构中添加了移动支持节点（MSS）。移动客户端借助移动支持节点与固定网络相连接。在查询数据时，移动客户端首先在本机数据库中进行查找。如果没有用户需求的数据，则移动客户端与移动支持节点建立连接，并提交查询请求。移动支持节点接受到请求后，将请求提交给本地数据库服务器，由服务器处理移动终端用户的请求。并将处理后的结果反馈给移动支持节点，通过它发送给移动客户端。通常，移动支持节点和本地数据库服务器可以是一台主机。常见的移动数据库系统体系结构如图1所示。图1 移动数据库系统体系结构图中， DS（Database Server）：数据库服务器。服务器之间通过高速网络相连，每个数据库服务器管理一个数据库副本。LS（Location Server）：位置服务器。MC (Mobile Client)：移动客户端。可以是掌上电脑、PDA、便携式电脑等。移动客户端通过EMDB（嵌入式移动数据库系统）管理本机的一部分数据库副本。可以通过无线链路与一个MSS通信，从而与整个固定网络连通。MSS（Mobile Support Station）：移动支持结点。处于固定网络中，通过无线链路与移动客户端相连，提供移动客户端到固定网络的移动接入支持。Rep（Replication）：数据库副本。2 基于移动数据库技术的气象信息服务系统2.1气象信息服务的现状随着社会和技术的不断发展，气象在农业、民航、军事等领域的作用越来越被人们所重视。同时气象业务也正迈向市场化，需要具备提供及时、全面的气象信息服务的能力。因此，面向各个领域和用户群体的气象信息服务需要具备以下特点：（1）精确性：向用户提供精确的气象数据。（2）实时性：保证用户及时获取所需的气象信息。（3）交互性：用户可以与气象业务系统进行交互，而不是被动的接受数据。（4）针对性：各个领域对气象数据的要求不同，因此，气象信息需要具有针对性。在数据库技术和网络技术的不断发展推动下，气象信息服务技术得到了飞速的发展。目前，许多基于数据库技术开发的气象信息服务系统，实现了气象信息服务的实时性、交互性和针对性，方便了气象数据的存储、处理和共享。这些气象业务系统在应用时，往往与网络技术相结合，形成基于b/s或c/s的气象信息共享、查询、处理系统。系统在运行时，客户端需要与远程数据库服务器在一个以太网环境下。客户端通过高速网络向数据库服务器提交请求，与服务器进行数据传输。但是，这类气象业务系统在运行时，用户被局限在一个有线的网络环境中，其查询信息时受到地理位置等因素的限制，从而使系统的应用缺乏灵活性。目前，移动通信技术已趋于成熟，同时，越来越多的客户希望能够“随时随地”的查询气象信息。许多气象部门开始着力于基于移动通信技术的气象信息服务系统的开发。如基于短消息平台的气象信息服务系统已经在一些地区得到应用。但这种气象信息服务系统以短消息形式发送气象数据，存在操作不便，数据显示方式单一，可扩展性不强等不足。而采用移动数据库技术开发气象信息服务系统则可以有效解决这些问题。 2.2体系结构采用移动数据库技术开发气象信息服务系统时，一方面要结合气象信息服务的特点和需求，使得开发的信息服务系统能够满足气象业务的需要。另一方面要考虑与原有信息服务系统的融合，合理利用原有的资源，避免不必要的投资。由此，我们提出了如图2所示的气象信息服务系统体系结构。图2 气象信息服务系统体系结构图中可以看到在气象信息服务系统中，采用的是三级系统结构，处在第一级的是气象信息服务中心；处于第二级的是气象信息服务基站；处于第三级的是移动客户端和客户端。气象信息服务中心由中心级气象信息数据库服务器、FTP服务器和WEB服务器等组成。它的主要任务是：（1）对气象实时数据和数据进行收集、整理和处理，维护气象信息数据库。（2）设置和维护系统的各项运行参数，保证系统正常运行。（3）对气象信息服务基站进行管理，为气象信息服务基站提供数据库及时更新。（4）为网络客户提供气象资料的WEB查询服务和FTP下载服务。气象信息服务基站既是移动支持节点又是数据库系统，采取这样的体系可以提高气象信息在系统中的传输效率，同时可以方便气象业务人员的日常管理和维护。它主要有以下的任务：（1）设置和维护系统的各项运行参数，如移动客户端最大接入数、无线链路参数初始化等。（2）对移动客户端进行管理，包括权限设置，密码管理等。（3）本地数据库管理，维护本地数据库与中心数据库的一致性。（4）移动事务处理，为移动事务分配进程，进行调度等，维护移动数据传输的正常工作。（5）为本地移动客户端传送数据。系统的服务对象为：网络客户和移动客户。网络客户通过高速以太网与气象信息服务中心相连，可以使用中心提供的WEB服务和FTP服务，来查询或下载所需的气象资料。而移动客户则是通过无线链路与气象信息服务基站进行数据通信。2.3系统实现的关键技术实现基于移动数据库技术开发的气象信息服务系统时，需要解决以下关键技术：（1）气象数据复制与缓存技术在图2所示的气象信息服务体系结构中，存在多个气象信息数据库服务器，每个数据库服务器管理一个气象数据库的副本。当某个数据库服务器对数据进行更新或维护，需要及时将更新的内容复制给其他的数据库服务器，以保证系统数据的一致性。同时，移动客户端也可以对对本地缓存上的气象数据副本进行操作。在与基站级气象信息数据库服务器建立连接后，需要与数据库服务器交换数据修改信息。由于移动环境的复杂性，在数据库复制过程中可能出现冲突或连接失败等情况。因此需要建立数据库的复制、缓存和检测机制，来维护整个系统数据的一致性。（2）系统性能优化技术为保证客户及时获取所需的气象信息，在气象信息数据库建立的过程中，需要采取必要的优化措施，提高气象信息服务系统的反应时间和数据传输效率。包括根据气象数据的特点以及客户的对气象数据需求情况，采用合适的索引机制；将客户关心的热点气象数据直接存放在移动终端的缓存中等。（3）事务处理技术移动客户端提交的一个请求就是一个移动事务。对于基站级气象信息数据库服务器来说，它同时管理着多个移动客户端。在同一时刻它可能接受到多个移动客户端的请求。因此需要建立完善的移动事务管理机制。以保证气象信息服务系统的正常有序地运行。包括：移动事务并发控制，移动事务进程管理，移动事务优先级控制等策略。（4）系统安全技术气象信息服务系统在运行时，需要采取必要的安全措施，以保护移动客户的合法权益，保证气象数据的安全。因此在系统设计和实现的过程中，需要针对系统的特点建立严格的安全机制。可采用加强移动终端的接入控制，对无线链路进行加密处理，对移动客户端存储的气象数据副本加密等措施。3     应用移动数据库技术进行气象信息服务系统开发，可以有效扩展传统气象信息服务的应用领域和空间，有助于推动气象业务的信息化建设，更好的满足用户对气象信息的需求。移动数据库技术和气象信息服务的结合，使得气象业务具有更为广阔的前景。[1] 周克江. 嵌入式移动数据库及其应用问题研究. 湖南第一师范学报, 2004年4(3)：122-124[2] 刘远东 .嵌入式移动数据库及其应用. 深圳信息职业技术学院学报, 2003年 (1)：31-34[3] 王珊 ,丁治明 ,张孝. 移动数据库及其应用. 计算机应用, 2000年 20(9)：1-4